12/01/2023
525 vistes
12 m’agrada
Dos equips d’astrònoms que utilitzen l’ESA Telescopi espacial XMM-Newton han observat repetits esclats de llum de forats negres inactius que destrueixen parcialment les estrelles una i altra vegada. Aquest descobriment és inesperat, ja que els esclats de forats negres solen aparèixer només una vegada quan un forat negre consumeix una estrella.
Supermassiu forats negres es troben al centre de la majoria de les galàxies. Les seves masses oscil·len entre centenars de milers i milers de milions de vegades la massa del nostre Sol. Malgrat això, els forats negres són difícils de detectar, atrapen la llum i segueixen sent difícils de detectar.
Es pot descobrir un forat negre supermassiu ocult quan una estrella s’apropa a ell. L’estrella és esquinçada per fortes forces de marea, formant un disc de restes estel·lars del qual s’alimenta el forat negre. Els raigs X energètics, la llum UV, òptica i de ràdio es poden detectar durant aquest procés conegut com a esdeveniment de interrupció de la marea.
No totalment destruït
Els esdeveniments típics de interrupció de les marees mostren un esclat de llum brillant, conegut com a flamarada, que dura uns quants mesos durant els quals el forat negre consumeix l’estrella. Tanmateix, XMM-Newton ha observat dues noves erupcions amb un comportament peculiar. Aquestes bengales brillen repetidament amb raigs X i llum UV després del primer esclat, cosa que suggereix que les estrelles no han estat totalment destruïdes durant la trobada inicial amb els forats negres.
Els estudis dirigits pels astrònoms Thomas Wevers de l’Observatori Austral Europeu i Zhu Liu de l’Institut Max Planck de Física Extraterrestre, Alemanya, revelen que part de les estrelles poden haver sobreviscut al seu primer atac dels forats negres. Les dades de raigs X i UV suggereixen que parts de les estrelles no es mengen completament, continuen la seva òrbita i tornen a trobar-se amb el forat negre disruptiu, donant lloc a erupcions recurrents. Aquesta activitat s’anomena esdeveniment d’interrupció parcial de la marea.
Els astrònoms van trobar erupcions repetides de dues galàxies separades que allotjaven forats negres supermassius. Aquestes galàxies es troben molt més enllà dels afores de la Via Làctia a distàncies de gairebé 900 milions d’anys llum i 1.000 milions d’anys llum.
Un dels esdeveniments de re-il·luminació, anomenat eRASSt J045650.3−203750, va ser descobert pel telescopi de raigs X eROSITA a bord de la missió Spectrum-Roentgen-Gamma. Les observacions de XMM-Newton el 2021 i el 2022 per part d’un equip liderat per Zhu van trobar que la flamarada original va ser seguida per esclats repetits aproximadament cada 223 dies.
Zhu explica: “Els resultats de la nostra primera observació XMM-Newton van ser sorprenents. El forat negre va mostrar una disminució inusualment dràstica de la llum de raigs X, en comparació amb quan havia estat descobert dues setmanes abans pel telescopi eROSITA. Les observacions de seguiment amb XMM-Newton i altres instruments van confirmar les nostres especulacions que aquest comportament estava causat per un esdeveniment de interrupció parcial de la marea”.
L’altre esdeveniment d’interrupció de les marees, anomenat AT2018fyk, va ser descobert per l’All-Sky Automated Survey for Supernovae. Va brillar amb raigs UV i X durant almenys 500 dies, seguit d’un enfosquiment sobtat. El maig de 2022, Thomas i els seus col·legues van utilitzar XMM-Newton per estudiar l’augment espectacular de la brillantor dels raigs X i dels UV 1200 dies després de la seva primera aparició.
Torna a la taula de dibuix
“Al principi, estàvem absolutament desconcertats pel que podria significar la renovació. Hem hagut de tornar a la taula de dibuix per valorar totes les opcions possibles per explicar el comportament observat. Va ser un moment molt emocionant quan ens vam adonar que el model d’un esdeveniment d’interrupció de la marea repetida podia reproduir les dades observades”, afegeix Thomas.
A animació de vídeo de l’esdeveniment d’interrupció parcial de la marea AT2018fyk representa el model: un forat negre que destrueix repetidament una estrella.
En total, durant cinc dies d’observacions XMM-Newton es van utilitzar per controlar el canvi de llum de raigs X procedent d’aquestes fonts. La càmera d’imatge fotogràfica europea extremadament sensible a bord de la XMM-Newton va ajudar a estudiar amb gran detall el material calent que envolta els forats negres.
William Alston, investigador de l’ESA, explica la importància dels resultats. “Aquestes noves observacions són increïblement interessants per estudiar la influència dels forats negres supermassius. En els esdeveniments típics d’interrupció de les marees, no esperem veure una segona erupció durant uns quants milers d’anys. Amb les bengales repetint-se tan ràpidament, l’òrbita de l’estrella interrompuda devia estar lligada a prop del forat negre supermassiu. Aquests nous estudis suggereixen que l’estrella interrompuda és arrossegada cap a una òrbita propera després que el forat negre supermassiu central l’allunyi d’un sistema estel·lar binari.
Els equips que fan el nou descobriment s’estenen a tot el món: a més de XMM-Newton i eROSITA, els estudis inclouen altres missions, com ara l’Observatori Swift de Neil Gehrels de la NASA, l’Austràlia Telescope Compact Array (ATCA) i la càrrega útil de la missió d’explorador de composició interior de les estrelles de neutrons a l’International. Estació Espacial. Les col·laboracions van permetre observar, modelar i comprendre aquests esdeveniments còsmics sense precedents amb el màxim detall.
Normalment fosc i tranquil
Algunes galàxies estan constantment actives, emetent bengales mentre el forat negre supermassiu atrau contínuament matèria gasosa a la seva òrbita. Els dos nous esdeveniments observats per XMM-Newton, però, provenen de forats negres que solen quedar foscos i tranquils, fins que s’acosta una estrella. Aquests esdeveniments són la primera vegada que es detecten esclats de llum repetits des de galàxies inactives. Els resultats d’aquests estudis es publiquen en dos articles a Astronomia i Astrofísica i The Astrophysical Journal Letters.
Des del seu descobriment a la dècada de 1990, s’han observat gairebé 100 esdeveniments d’interrupció de les marees. Les observacions de XMM-Newton dels esdeveniments de interrupció de les marees són vitals per entendre més sobre els forats negres supermassius que, d’altra manera, són difícils d’observar que es troben al centre de grans galàxies com la nostra.
Tots dos esdeveniments de interrupció parcial de les marees es controlaran de prop durant els períodes previstos de futurs episodis de re-il·luminació per confirmar les troballes i fer més descobriments. Els observadors es poden trobar amb silenci, cosa que indica que l’estrella s’ha empasat sencera en l’episodi anterior. S’estan produint temps turbulents per a aquests esdeveniments, i la caça comença a trobar esdeveniments similars d’interrupció parcial de les marees.
Notes a l’editor
“Viu per morir un altre dia: la revitalització de l’AT2018fyk com a esdeveniment d’interrupció parcial de les marees repetida” de T. Wevers et al. es publica a The Astrophysical Journal Letters. Preimpressió: https://arxiv.org/abs/2209.07538
“Desxifrar l’extrema variabilitat de raigs X de l’eRASSt transitòria nuclear J045650.3−203750: un probable esdeveniment de pertorbació parcial de marea repetida” de Z. Liu et al. s’accepta per a la seva publicació a Astronomia i Astrofísica. https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202244805
Els resultats de l’equip es presentaran en una conferència de premsa de l’American Astronomical Society (AAS) el dijous 12 de gener de 2023.
Contacte
Relacions amb els mitjans de l’ESA: media@esa.int
